KR101214890B1 - Power distribution system using solid state power controllers - Google Patents

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임티아즈 칸
이라즈 그하라마니
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켄트 폴릭키
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Abstract

Solid state power controllers are described that include a switch controlled by a microcontroller and communication contacts. In one aspect of the invention, the microcontroller is galvanically isolated from the communication contacts using magnetoresistive isolation. In another aspect of the invention a number of solid state power controllers are connected to an external microcontroller to form a power distribution array. In addition, messages exchanged between the external microcontroller and the solid state power controllers can be used to configure the solid state power controllers and provide a user interface.

Description

반도체 전원 제어 장치를 사용하는 배전 시스템{POWER DISTRIBUTION SYSTEM USING SOLID STATE POWER CONTROLLERS}Power distribution system using semiconductor power control device {POWER DISTRIBUTION SYSTEM USING SOLID STATE POWER CONTROLLERS}

본 발명은 배전 시스템 내의 반도체(solid state) 전원 제어 장치의 사용에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하면, 본 발명은 차량 배전 시스템 내에서 부하에 전원을 공급하기 위한 반도체 전원 제어 장치의 사용에 관한 것이다. The present invention relates to the use of a solid state power control device in a power distribution system. More specifically, the present invention relates to the use of a semiconductor power control device for powering a load in a vehicle power distribution system.

배전 시스템(power distribution systems)은 발전기로부터 제공되는 전원을 필요에 따라 부하(load)에 분배하기 위한 것이다. 많은 배전 시스템은 하나 이상의 발전기로부터 제공되는 전원을 하나 이상의 전기 버스에 분배하는 1차 배전 시스템을 구비하도록 구성되어 있다. 배전 시스템 중의 전기 버스로부터 부하에 전원을 분배하는 부분을 2차 배전 시스템이라고도 한다. 통상적으로, 부하에 대한 전원의 공급을 제어하기 위하여, 릴레이나 반도체 전원 제어 장치 등의 전자 부품이 사용된다. Power distribution systems are for distributing the power provided from the generator to a load as needed. Many power distribution systems are configured with a primary power distribution system that distributes power provided from one or more generators to one or more electric buses. The portion of the power distribution system that distributes power to the load from the electric bus is also called a secondary power distribution system. Usually, in order to control the supply of power to a load, electronic components, such as a relay and a semiconductor power supply control apparatus, are used.

마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 스위치와 통신 커넥터를 포함하는 반도체 전원 제어 장치를 개시한다. 본 발명의 특징으로서, 마이크로컨트롤러는 자기저항성 절연(magnetoresistive isolation) 특성을 이용하여 통신 커넥터로부터 갈바닉 전기 절연된다. Disclosed are a semiconductor power supply control device including a switch and a communication connector controlled by a microcontroller. As a feature of the present invention, the microcontroller is galvanically electrically isolated from the communication connector using magnetoresistive isolation characteristics.

본 발명의 일실시예는, 전원 커넥터와 부하 커넥터 사이에 전기적으로 연결가능한 반도체 스위치를 포함한다. 이러한 반도체 스위치는, 입력, 반도체 스위치의 상기 입력에 결합되는 마이크로컨트롤러, 및 이러한 집적된 마이크로컨트롤러와 하나 이상의 통신 커넥터 사이에 갈바닉 장벽(galvanic barrier)을 형성하도록 접속된 절연 회로를 포함한다. One embodiment of the invention includes a semiconductor switch that is electrically connectable between a power connector and a load connector. Such semiconductor switches include an input, a microcontroller coupled to the input of the semiconductor switch, and an isolation circuit connected to form a galvanic barrier between the integrated microcontroller and one or more communication connectors.

본 발명의 일실시예에서, 절연 회로는 하나 이상의 자기저항성 신호 분리기를 포함하여 이루어진다. In one embodiment of the invention, the isolation circuit comprises one or more magnetoresistive signal separators.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 스위치는 MOSFET를 포함하여 이루어진다. In another embodiment of the invention, the semiconductor switch comprises a MOSFET.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러는 미리 정해진 하나 이상의 동작 특성에 따라 반도체 스위치에 대한 입력을 제공하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the invention, the microcontroller is configured to provide an input to the semiconductor switch in accordance with one or more predetermined operating characteristics.

본 발명의 다른 실시예에서, 미리 정해진 하나 이상의 동작 특성 중 하나는 정격 전류이다. In another embodiment of the invention, one of the predetermined one or more operating characteristics is rated current.

본 발명의 다른 실시예에서, 미리 정해진 하나 이상의 동작 특성 중 하나는 트립 전류 임계값이다. In another embodiment of the invention, one of the predetermined one or more operating characteristics is a trip current threshold.

본 발명의 다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러는, 프로그램 가능하며, 반도체 전원 제어 장치가 초기화된 후, 외부 장치로부터 수신된 지시에 따라 프로그래밍된다. In another embodiment of the present invention, the microcontroller is programmable and programmed according to instructions received from an external device after the semiconductor power supply control device is initialized.

본 발명의 다른 실시예에서, 프로그램 가능한 마이크로컨트롤러는, 반도체 전원 제어 장치를 초기화하기 전에, 마이크로컨트롤러 내의 메모리에 미리 저장되어 있는 명령에 의해 추가로 프로그램된다. In another embodiment of the present invention, the programmable microcontroller is further programmed by instructions previously stored in a memory in the microcontroller prior to initializing the semiconductor power supply control device.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 전원 제어 장치는, 마이크로컨트롤러에 접속되며, 반도체 스위치의 하나 이상의 단자의 전압을 검출하도록 구성된 전압 검출 회로를 더 포함한다.In another embodiment of the present invention, the semiconductor power supply control apparatus further includes a voltage detection circuit connected to the microcontroller and configured to detect a voltage of one or more terminals of the semiconductor switch.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 전원 제어 장치는, 마이크로컨트롤러에 접속되며, 반도체 스위치를 통해 흐르는 전류를 검출하도록 구성된 전류 검출 회로를 더 포함한다. In another embodiment of the present invention, the semiconductor power supply control device further includes a current detection circuit connected to the microcontroller and configured to detect a current flowing through the semiconductor switch.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 전원 제어 장치는, 프로그램 가능한 마이크로컨트롤러에 연결되며, 반도체 전원 제어 장치(SSPC)의 전원 커넥터 또는 부하 커넥터에 접속된 회로의 아크 결함(arc fault)을 검출하는 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러를 더 포함하며, 이 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러는, 반도체 스위치를 개방시키기 위한 신호를 생성함으로써 아크 결함의 검출에 응답하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the invention, a semiconductor power control device is connected to a programmable microcontroller and detects an arc fault in a circuit connected to a power connector or load connector of a semiconductor power control device (SSPC). Further comprising a defect detection microcontroller, the arc defect detection microcontroller is configured to respond to the detection of the arc defect by generating a signal for opening the semiconductor switch.

본 발명의 다른 실시예에서, 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러는 상이한 레벨의 감도로 아크 결함을 검출한다. In another embodiment of the present invention, the arc fault detection microcontroller detects arc faults with different levels of sensitivity.

본 발명의 다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러는 과전류 상태를 검출하도록 구성된다. In another embodiment of the invention, the microcontroller is configured to detect an overcurrent condition.

본 발명의 다른 실시예에서, 외부 장치는 하나 이상의 통신 커넥터에 접속된다. In another embodiment of the invention, the external device is connected to one or more communication connectors.

본 발명의 다른 실시예에서, 외부 장치는 마이크로컨트롤러이다. In another embodiment of the invention, the external device is a microcontroller.

다른 실시예는, 전원 커넥터, 부하 커넥터, 및 하나 이상의 통신 커넥터를 각각 갖는 복수 개의 반도체 전원 제어 장치, 및 하나 이상의 통신 커넥터를 통해 각각의 반도체 전원 제어 장치에 접속된 외부 마이크로컨트롤러를 포함하는 배전 어셈블리를 제공하는 것으로서, 반도체 전원 제어 장치는 절연 회로를 통해 하나 이상의 통신 커넥터에 접속된 마이크로컨트롤러를 각각 포함하고, 절연 회로는 반도체 전원 제어 장치 내의 마이크로컨트롤러와 외부 마이크로컨트롤러 사이에 갈바닉 장벽을 형성한다. Another embodiment includes a power distribution assembly including a power connector, a load connector, and a plurality of semiconductor power control devices each having one or more communication connectors, and an external microcontroller connected to each semiconductor power control device through one or more communication connectors. In providing a semiconductor power control device, each semiconductor controller includes a microcontroller connected to at least one communication connector through an isolation circuit, the isolation circuit forming a galvanic barrier between the microcontroller in the semiconductor power control device and the external microcontroller.

본 발명의 다른 실시예에서, 절연 회로는 자기저항성 신호 분리기를 포함하여 구성된다. In another embodiment of the present invention, the isolation circuit comprises a magnetoresistive signal separator.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 반도체 전원 제어 장치는 반도체 스위치를 포함하며, 각각의 반도체 전원 제어 장치 내의 마이크로컨트롤러는, 반도체 스위치의 동작을 제어하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the present invention, each semiconductor power supply control device includes a semiconductor switch, and the microcontroller in each semiconductor power supply control device is configured to control the operation of the semiconductor switch.

본 발명의 다른 실시예에서, 외부 마이크로컨트롤러는, 반도체 전원 제어 장치 내의 마이크로컨트롤러에 메시지를 전달하도록 구성되어 있으며, 반도체 전원 제어 장치 내의 마이크로컨트롤러는, 외부 마이크로컨트롤러에 의해 전달된 메시지에 응답하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the present invention, the external microcontroller is configured to deliver a message to the microcontroller in the semiconductor power control device, and the microcontroller in the semiconductor power control device is configured to respond to a message sent by the external microcontroller. It is.

본 발명의 다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러 중 하나 이상은, 외부 마이크로컨트롤러로부터의 소정의 메시지를 수신함에 따라 반도체 스위치의 동작이 제어되는 방식을 변경하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the present invention, one or more of the microcontrollers are configured to change the manner in which the operation of the semiconductor switch is controlled upon receiving a predetermined message from an external microcontroller.

본 발명의 다른 실시예에서, 배전 어셈블리는, 외부 마이크로컨트롤러에 접속된 키패드, 및 반도체 전원 제어 장치의 각각에 접속된 하나 이상의 LED를 더 포함한다. In another embodiment of the invention, the power distribution assembly further includes a keypad connected to an external microcontroller, and one or more LEDs connected to each of the semiconductor power supply control device.

본 발명의 다른 실시예에서, 키패드는 4개의 버튼을 포함한다. In another embodiment of the present invention, the keypad includes four buttons.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 반도체 전원 제어 장치는 3개의 LED에 접속되어 있다. In another embodiment of the invention, each semiconductor power supply control device is connected to three LEDs.

본 발명의 다른 실시예에서, 외부 마이크로컨트롤러는, 키패드를 통해 수신된 입력에 응답하여 반도체 전원 제어 장치에 메시지를 전달하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the invention, the external microcontroller is configured to deliver a message to the semiconductor power control device in response to an input received via the keypad.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 전원 제어 장치 내의 마이크로컨트롤러는 LED를 조명하는 신호를 생성하고, 정보를 사용자에게 전달하도록 구성되어 있다. In another embodiment of the present invention, the microcontroller in the semiconductor power supply control device is configured to generate a signal for illuminating the LED and to convey information to the user.

본 발명의 다른 실시예에서, 배전 어셈블리는 외부 마이크로컨트롤러에 접속된 컴퓨터를 더 포함하며, 이러한 컴퓨터는, 사용자에게 반도체 전원 제어 장치의 동작 특성에 관련된 정보를 전달하고, 사용자로부터의 지시에 따라 반도체 전원 제어 장치의 동작 특성을 변경할 수 있게 하는 그래픽 사용자 인터페이스를 제공한다. In another embodiment of the invention, the power distribution assembly further comprises a computer connected to an external microcontroller, which computer transmits information relating to operating characteristics of the semiconductor power control device to the user and, according to instructions from the user, the semiconductor. Provides a graphical user interface that allows for changing the operating characteristics of the power control device.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing a power distribution system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 반도체 전원 제어 장치를 포함하는 배전 어셈블리를 개략적으로 나타내는 정면도이다. 2 is a front view schematically showing a power distribution assembly including a plurality of semiconductor power supply control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 전원 제어 장치를 개략적으로 나타내는 블록도이다. 3 is a block diagram schematically illustrating a semiconductor power control device according to an embodiment of the present invention.

도 4a, 4b, 4c 및 4d는 본 발명의 실시예에 따른 DC 반도체 전원 제어 장치를 개략적으로 나타내는 회로도이다. 4A, 4B, 4C, and 4D are circuit diagrams schematically illustrating a DC semiconductor power supply control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 마이크로컨트롤러와 다수의 반도체 전원 제어 장치를 포함하는 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 5 is a block diagram schematically illustrating a configuration including a microcontroller and a plurality of semiconductor power supply control apparatuses according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 방법의 실시예에 따른 반도체 전원 제어 장치의 마이크로컨트롤러의 동작을 나타내는 흐름도이다. 6 is a flowchart illustrating the operation of the microcontroller of the semiconductor power supply control apparatus according to the embodiment of the method of the present invention.

도 7은, 마이크로컨트롤러의 동작을 주기적으로 인터럽트하고 비상 정지 결함이 존재하는지 여부를 판정하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 7 is a flowchart illustrating a process in accordance with an embodiment of the present invention for periodically interrupting the operation of a microcontroller and determining whether an emergency stop fault exists.

도 8은 아크 결함 검출 회로를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 전원 제어 장치의 개략도이다. 8 is a schematic diagram of a semiconductor power supply control device according to an embodiment of the present invention including an arc defect detection circuit.

도 9a~9o는 아크 결함 보호 회로를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 AC 반도체 전원 제어 장치의 개략적인 회로도이다. 9A-9O are schematic circuit diagrams of an AC semiconductor power supply control apparatus according to an embodiment of the present invention including an arc fault protection circuit.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 아크 결함 보호 마이크로컨트롤러의 동작을 나타내는 흐름도이다. 10 is a flowchart illustrating operation of an arc fault protection microcontroller according to an embodiment of the present invention.

도 11은 마이크로컨트롤러, 다수의 반도체 전원 제어 장치, 키패드 및 다수의 LED를 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 11 is a block diagram schematically illustrating a configuration according to an embodiment of the present invention including a microcontroller, a plurality of semiconductor power supply control devices, a keypad, and a plurality of LEDs.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스에 의해 생성되는 화면의 스크린 샷이다. 12 is a screen shot of a screen generated by a graphical user interface in accordance with an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스에 의해 생성되는 다른 화면의 스크린 샷이다. 13 is a screenshot of another screen generated by a graphical user interface in accordance with an embodiment of the present invention.

도 14는 사용자의 지시에 따라 SSPC의 동작 특성을 변경하기 위한 본 발명에 따른 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 14 is a flowchart illustrating a process according to the present invention for changing the operating characteristics of an SSPC according to a user's instructions.

도면을 참조하면, 반도체 스위치 회로와 마이크로컨트롤러를 갖는 반도체 전원 제어 장치(SSPC: solid state power controller)를 포함하는, 본 발명에 따른 배전 시스템의 실시예가 예시되어 있다. 많은 실시예에서, SSPC는, 다양한 유형의 고장에 기인한 손상으로부터, SSPC에 접속된 부하를 보호하는 회로를 포함한다. 일실시예에서, SSPC는 아크 결함으로부터 부하를 보호하기 위한 전용의 마이크로컨트롤러를 포함한다. 다른 실시예에서, 부하는, 접지 불량이나 다양한 고장으로부터 보호되며, 여러 가지 레벨의 감도를 갖는다. Referring to the drawings, an embodiment of a power distribution system according to the present invention, including a solid state power controller (SSPC) having a semiconductor switch circuit and a microcontroller, is illustrated. In many embodiments, the SSPC includes circuitry to protect the load connected to the SSPC from damage due to various types of failures. In one embodiment, the SSPC includes a dedicated microcontroller for protecting the load from arc faults. In other embodiments, the load is protected from ground faults or various failures and has various levels of sensitivity.

몇몇 실시예에서, SSPC는 외부 장치와 통신을 행할 수 있는 회로를 포함한다. SSPC는, 통신 회로의 일부로서, 외부 장치로부터 SSPC를 전기적으로 차단하기 위해 자기저항성 절연체를 사용하여 형성되는 갈바닉 장벽을 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, SSPC의 마이크로컨트롤러는 외부 장치로부터 수신된 명령에 따라 SSPC의 동작 특성을 설정한다. 많은 실시예에서는, SSPC의 구성을 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 외부 장치를 포함한다. 본 발명에 따른 사용자 인터페이스의 일례로서, 4개의 버튼 키패드와 발광 다이오드(LED)를 조합해서, 사용자와 SSPC가 서로 정보를 주고 받을 수 있도록 하는 것이 있다. In some embodiments, the SSPC includes circuitry capable of communicating with external devices. The SSPC may include a galvanic barrier that is formed using magnetoresistive insulators as part of the communication circuitry to electrically disconnect the SSPC from external devices. In many embodiments, the SSPC's microcontroller sets operating characteristics of the SSPC according to commands received from external devices. In many embodiments, it includes an external device that provides a user interface for the configuration of the SSPC. As an example of the user interface according to the present invention, there is a combination of four button keypads and light emitting diodes (LEDs) so that the user and the SSPC can exchange information with each other.

도 1에는, 본 발명의 실시예에 따른 배전 시스템이 도시되어 있다. 배전 시스템(10)은 전원 공급 장치(14)에 제공할 전원을 발생시키는 발전기를 포함한다. 이 전원 공급 장치는, 하나 이상의 SSPC(16)에, 직접 접속되거나 전원 버스를 통해 전원을 공급한다. SSPC는 부하(18)에 대한 전원의 공급을 제어한다. 몇몇 시스템에서, 배전 시스템 중, 발전기로부터 전원 공급 장치에 전원을 분배하는 부분을, 1차 배전 시스템이라 하고, 전원 공급 장치로부터 부하에 전원을 분배하는 부분을 2차 배전 시스템이라 한다. 여러 경우에서, 많은 SSPC를 그룹화하여 배전 어셈블리(PDA: power distribution assembly)를 형성할 수 있다. SSPC를 많이 배치함으로써, 항공기 배선의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, SSPC의 각각의 동작 특성을 조정하기 위해서, 마이크로컨트롤러 등과 같은 단일의 장치가 사용될 수 있다. 1, a power distribution system according to an embodiment of the present invention is shown. The power distribution system 10 includes a generator for generating power to be provided to the power supply 14. This power supply is connected directly to one or more SSPCs 16 or supplies power via a power bus. The SSPC controls the supply of power to the load 18. In some systems, the portion of the power distribution system that distributes power from the generator to the power supply is called the primary power distribution system, and the portion that distributes power from the power supply to the load is called the secondary power distribution system. In many cases, many SSPCs can be grouped to form a power distribution assembly (PDA). By arranging many SSPCs, the amount of aircraft wiring can be reduced. In addition, a single device, such as a microcontroller, may be used to adjust the respective operating characteristics of the SSPC.

도 2에는, 본 발명의 실시예에 따른 PDA가 도시되어 있다. PDA(28)는 다수의 인쇄 배선 기판(32)을 수용하는 하우징(30)을 포함한다. 인쇄 배선 기판 중 하나 이상의 인쇄 배선 기판이 본 발명에 따른 SSPC(16')를 포함하고, 다른 인쇄 배선 기판이 마이크로컨트롤러(34)를 포함할 수 있다. 각각의 인쇄 배선 기판은, 하우징의 백플레인에 제공된 커넥터(도시 안 됨)를 통해 연결되어 있다. 또한, 하우징은, 지정된 부하에 전원을 공급하고 지정된 부하에 공급되는 전원을 차단하기 위해, 하우징 내의 SSPC에 의해 스위칭될 수 있는 전원선용의 커넥터(36)와, 외부 장치(도시 안 됨)와 통신이 가능하도록 PDA에 의해 사용될 수 있는 통신선(38)을 포함한다. 일실시예에서, 인쇄 배선 기판은 SSPC를 하나만 포함하는 구성도 가능하다. 다른 실시예에서는, 단일의 인쇄 배선 기판에 다수의 SSPC가 포함될 수 있다. 2, a PDA according to an embodiment of the present invention is shown. The PDA 28 includes a housing 30 containing a plurality of printed wiring boards 32. One or more of the printed wiring boards may include the SSPC 16 ′ according to the present invention, and the other printed wiring boards may include a microcontroller 34. Each printed wiring board is connected via a connector (not shown) provided on the backplane of the housing. The housing also communicates with an external device (not shown) and a connector 36 for a power line that can be switched by an SSPC in the housing to supply power to a specified load and to cut off power supplied to the specified load. This includes a communication line 38 that can be used by the PDA to enable this. In one embodiment, the printed wiring board may be configured to include only one SSPC. In other embodiments, multiple SSPCs may be included in a single printed wiring board.

많은 실시예에서, 하나 이상의 인쇄 배선 기판은 하나 이상의 SSPC에 관련된 정보를 제공하기 위한 LED(도시 안 됨)를 포함한다. SSPC가 온 상태인지 오프 상태인지의 여부와 SSPC가 트립되었는지 여부를 나타내는, 각각의 SSPC와 관련된 LED를 포함함으로써, PDA에 추가의 시각적 표시를 포함시키지 않는 구성이 가능하게 된다. PDA는 소형의 키패드를 포함하는 구성도 가능한데, 이러한 소형의 키패드는 마이크로컨트롤러를 통해 SSPC의 동작을 제어하는데 사용할 수 있다. In many embodiments, one or more printed wiring boards include LEDs (not shown) to provide information related to one or more SSPCs. By including LEDs associated with each SSPC that indicate whether the SSPC is on or off and whether the SSPC has tripped, a configuration is possible that does not include additional visual indications in the PDA. PDAs can also be configured to include small keypads, which can be used to control the operation of the SSPC through a microcontroller.

SSPC, 마이크로컨트롤러, 및 입출력(I/O) 장치는, 본 발명에 따라 매우 다양하게 조합될 수 있다. 선택되는 구체적인 구조는 SSPC의 특성에 따라 달라진다. 이하, 본 발명에 따른 SSPC의 여러 가지 많은 실시예의 특성들과 PDA 구조의 예에 대하여 설명한다. SSPCs, microcontrollers, and input / output (I / O) devices can be combined in many different ways in accordance with the present invention. The specific structure chosen depends on the nature of the SSPC. The following describes the features of many different embodiments of an SSPC and an example of a PDA structure in accordance with the present invention.

도 3에는, 본 발명의 실시예에 따른 SSPC가 도시되어 있다. SSPC(16')는, 전원 입력(52)을 전원 출력(54)에 연결할 수 있는 스위치(50)를 구비하는 단일의 인쇄 배선 기판상에 조립된다. 통상적으로, 이러한 스위치는 MOSFET로 구현된다. SSPC는 또한 스위치의 동작을 제어하는 마이크로컨트롤러(56)를 포함한다. 3, an SSPC according to an embodiment of the present invention is shown. SSPC 16 ′ is assembled on a single printed wiring board having a switch 50 capable of connecting the power input 52 to the power output 54. Typically, such a switch is implemented with a MOSFET. The SSPC also includes a microcontroller 56 that controls the operation of the switch.

몇몇 실시예에서, 마이크로컨트롤러는, SSPC로 하여금 SSPC를 통해 공급되는 전원을 모니터링할 수 있도록 해주는 회로를 통해 전원선에 연결되어 있다. 이러한 마이크로컨트롤러는, SSPC를 통해 공급되는 전원의 바람직한 특성에 관련된 정보를 이용하여 프로그래밍될 수 있으며, 바람직하지 않은 특성을 갖는 전원선 내의 전원에 대해서는 스위치를 개방시킬 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 마이크로컨트롤러는, 션트 저항(66)의 양단에 접속된 전류 검출 회로(65)와 전압 검출 회로(68)에 의해 전원선을 모니터링한다. 이러한 션트 저항(66)에 의해, 마이크로컨트롤러는, 전원선(52)을 통해 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 또한, 전압 검출 회로(68)에 의해, 마이크로컨트롤러는 전원선(52)을 통해 공급되는 전원의 전압을 모니터링할 수 있다. In some embodiments, the microcontroller is connected to a power line through circuitry that allows the SSPC to monitor the power supplied through the SSPC. Such a microcontroller can be programmed using information relating to the desirable characteristics of the power supplied through the SSPC, and can open the switch for the power in the power line having undesirable characteristics. In the embodiment shown in FIG. 3, the microcontroller monitors the power supply line by the current detection circuit 65 and the voltage detection circuit 68 connected across the shunt resistor 66. By this shunt resistor 66, the microcontroller can measure the current flowing through the power supply line 52. In addition, the voltage detection circuit 68 allows the microcontroller to monitor the voltage of the power supplied through the power supply line 52.

몇몇 실시예에서, SSPC는, 마이크로컨트롤러로 하여금 외부 장치와 통신을 수행할 수 있도록 해주는 커넥터(58)를 포함한다. 이 커넥터는, 마이크로컨트롤러와 외부 장치 사이에 갈바닉 장벽을 형성하는 절연 회로(60)를 포함한다. 일실시예에서, 갈바닉 장벽은 자기저항 기술(이하 설명함)을 사용해서 구축된다. 다른 실시예에서는, 광학적 분리(optical isolation) 등과 같은 다른 종류의 절연 기술을 사용하여 갈바닉 장벽을 형성할 수 있다. In some embodiments, the SSPC includes a connector 58 that allows the microcontroller to communicate with an external device. The connector includes an isolation circuit 60 forming a galvanic barrier between the microcontroller and the external device. In one embodiment, the galvanic barrier is constructed using magnetoresistive techniques (described below). In other embodiments, other types of isolation techniques, such as optical isolation, may be used to form the galvanic barrier.

몇몇 실시예에서, SSPC는 또한, 마이크로컨트롤러의 필요한 전원을 제공하는 전원 공급 장치(64)에 전원 입력이 접속되도록 하는 커넥터(62)를 포함한다. 일실시예에서, 전원 공급 장치는 5볼트의 직류 전원을 받아서, 3.3볼트의 직류 전원으로 변환한다. In some embodiments, the SSPC also includes a connector 62 that allows a power input to be connected to a power supply 64 that provides the required power for the microcontroller. In one embodiment, the power supply receives 5 volts of DC power and converts it to 3.3 volts of DC power.

도 4a~4d에는, 본 발명에 따라 직류(DC) SSPC의 실시예를 개략적으로 나타낸 회로도가 도시되어 있다. SSPC는 전원선(52')으로부터 부하(54')에 제공되는 전원을 스위칭할 수 있는 MOSFET(50')를 포함한다. MOSFET(50')의 게이트는 MOSFET 드라이버(80)를 통해 마이크로컨트롤러(56')에 접속되어 있다. 이 마이크로컨트롤러는, 미국 텍사스 오스틴에 소재한 실리콘 래버러토리스 인코포레이티드(Silicon Laboratories, Inc.)에서 만든 C8051F330 마이크로 컨트롤러를 사용하여 구현된다. MOSFET 드라이버는 미국 캘리포니아 산호세에 소재한 미크렐 인코포레이티드(Micrel, Inc.)에서 만든 MIC4417BM4를 사용하여 구현된다. 다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러와 MOSFET 드라이버는 동등한 기능을 갖는 다른 장치를 사용하여 구현될 수도 있다. 4A-4D show a schematic circuit diagram of an embodiment of a direct current (DC) SSPC in accordance with the present invention. The SSPC includes a MOSFET 50 'capable of switching the power supplied from the power supply line 52' to the load 54 '. The gate of the MOSFET 50 'is connected to the microcontroller 56' via the MOSFET driver 80. The microcontroller is implemented using the C8051F330 microcontroller from Silicon Laboratories, Inc. of Austin, Texas. MOSFET drivers are implemented using the MIC4417BM4 from Micrel, Inc., San Jose, California. In other embodiments, the microcontroller and MOSFET driver may be implemented using other devices having equivalent functionality.

마이크로컨트롤러는 또한, 스위치(50')가 폐쇄된 경우에, 전원선(52')과 부하(54') 사이에 흐르는 전류를 측정할 수 있는 회로에 접속되어 있다. 이 회로는 션트 저항(82)을 포함하여 구성되어 있다. 이 션트 저항 양단의 전압을 비교기(84)를 이용하여 측정하는데, 이 비교기는 또한 저역 통과 필터로서 동작하도록 구성되어 있다. 이 비교기의 출력은 마이크로컨트롤러의 입력으로 된다. 다른 실시예에서, 전원선과 부하 사이의 전류를 검출하기 위해 다른 방법을 사용할 수도 있다. The microcontroller is also connected to a circuit capable of measuring the current flowing between the power supply line 52 'and the load 54' when the switch 50 'is closed. This circuit includes a shunt resistor 82. The voltage across this shunt resistor is measured using a comparator 84, which is also configured to operate as a low pass filter. The output of this comparator is the input of the microcontroller. In other embodiments, other methods may be used to detect the current between the power supply line and the load.

마이크로컨트롤러는 전원선의 전압을 측정할 수 있는 회로(68')에 접속되어 있다. 이 회로는, MOSFET가 폐쇄 상태인 경우에는 제1 임계값 이하의 전압을 제공하고, MOSFET가 개방 상태인 경우에는 제2 임계값 이상의 전압을 제공하도록 구성된 비교기(86)를 포함한다. The microcontroller is connected to a circuit 68 'capable of measuring the voltage of the power supply line. The circuit includes a comparator 86 configured to provide a voltage below the first threshold when the MOSFET is in a closed state and to provide a voltage above the second threshold when the MOSFET is in an open state.

마이크로컨트롤러는 또한, 외부 장치와 정보를 주고 받을 수 있도록 해주는 회로에도 접속되어 있다. 이 회로는 미국 미네소타 에덴 프레리에 소재하는 엔브이이 코포레이션(NVE Corporation)에서 제조한 부품 번호 IL712-3과 같은, 한 쌍의 자기저항성 신호 분리기(88)를 포함한다. 이 자기저항성 신호 분리기는 "스핀트로닉스"(spintronics) 기술을 이용하는데, 이 스핀트로닉스는 정보를 전송하기 위해 전자 스핀을 사용하는 나노기술이다. 자기저항성 신호 분리기는 SSPC(16')와 다른 장치 사이에 갈바닉 장벽을 형성한다. The microcontroller is also connected to circuitry that allows information to be exchanged with external devices. The circuit includes a pair of magnetoresistive signal separators 88, such as part number IL712-3 manufactured by NVE Corporation, Eden Prairie, Minnesota, USA. The magnetoresistive signal splitter uses "spintronics" technology, a nanotechnology that uses electron spin to transmit information. The magnetoresistive signal separator forms a galvanic barrier between the SSPC 16 'and other devices.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 SSPC는 외부 장치와 통신을 수행하도록 구성될 수 있다. SSPC는, SSPC의 상태 및 SSPC를 통해 공급되는 전원의 특성 등과 같은 다양한 정보를 전송할 수 있다. SSPC는, 정보를 제공하는 것 외에, 외부 장치로부터 제공되는 명령을 포함하는 정보를 수신할 수 있다. SSPC 내에 마이크로컨트롤러(또는 이와 동등한 기능을 갖는 특정 용도의 회로)가 구비되어 있으면, 외부 장치로부터의 지시에 따라 SSPC의 구성이 변경될 수 있다. As described above, the SSPC according to the present invention may be configured to communicate with an external device. The SSPC may transmit various information such as the status of the SSPC and the characteristics of the power supplied through the SSPC. In addition to providing the information, the SSPC may receive information including an instruction provided from an external device. If a microcontroller (or a special purpose circuit having equivalent function) is provided in the SSPC, the configuration of the SSPC may be changed according to an instruction from an external device.

도 5에는, 마이크로컨트롤러에 해당하는 단일의 외부 장치에 접속된 다수의 SSPC를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예가 도시되어 있다. 이 마이크로컨트롤러(100)는, 버스(102)를 통해 SSPC(16)의 커넥터(58)에 접속되어 있다. 일실시예에서, 버스는 UART 또는 CAN(Controller Area Network) 버스 등과 같은 직렬 인터페이스 버스이다. 다른 실시예에서, 마이크로컨트롤러(100)는 별개의 신호선을 통해 SSPC와 직접 통신을 수행할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, SSPC 내의 회로는, 외부 마이크로컨트롤러(100)와 SSPC 내의 마이크로컨트롤러 사이에 갈바닉 장벽을 생성한다. 도 5에 도시한 실시예에서, 전원 공급 장치(104)로부터 전원 버스(105)를 통해 마이크로컨트롤러와 SSPC에 모두 전원이 제공되도록 되어 있다. 일실시예에서, 마이크로컨트롤러에서 사용하기 위한, 전원 공급 장치로부터 제공되는 전원을 추가로 조정하기 위해, 조정 장치(106)가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마이크로컨트롤러는 중앙 관리 컴퓨터 또는 그외 다른 차량 시스템 등과 같은 외부 장치와 통신을 수행하도록 구성되어 있다. 도시한 실시예에서, 마이크로컨트롤러는, CAN 송수신기(110)를 통해, CAN 프로토콜에 부합하는 버스(108)에 접속되어 있다. In Fig. 5 an embodiment of a system according to the invention is shown which comprises a number of SSPCs connected to a single external device corresponding to a microcontroller. This microcontroller 100 is connected to the connector 58 of the SSPC 16 via the bus 102. In one embodiment, the bus is a serial interface bus, such as a UART or Controller Area Network (CAN) bus. In another embodiment, the microcontroller 100 may communicate directly with the SSPC via a separate signal line. As described above, the circuitry in the SSPC creates a galvanic barrier between the external microcontroller 100 and the microcontroller in the SSPC. In the embodiment shown in FIG. 5, power is supplied from both the power supply 104 to the microcontroller and the SSPC via the power bus 105. In one embodiment, the adjustment device 106 may be used to further adjust the power provided from the power supply for use in the microcontroller. In some embodiments, the microcontroller is configured to communicate with an external device, such as a central management computer or other vehicle system. In the illustrated embodiment, the microcontroller is connected via a CAN transceiver 110 to a bus 108 that conforms to the CAN protocol.

전원 제어기가 갖는 중요한 기능은 전원으로부터 부하에 제공되는 전원을 제어하는 것이다. 많은 전원 제어기는, 공급되는 전원의 특성을 모니터링하고, 이러한 특성이 미리 정한 기준에 부합하지 않을 때에는 전원 공급 장치를 차단하는 회로를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 SSPC의 실시예는, 특정의 동작 요구를 만족시키도록 구성될 수 있다. SSPC의 구성과 관련된 다양한 특징들은, 하드웨어, 펌웨어, 또는 직렬 데이터 모드로 수신되는 명령을 통해 결정될 수 있다. 하드웨어와 펌웨어는 모두 제조 과정에서 결정이 되며, SSPC의 구성을 변경하는 명령은 동작이 이루어지는 동안 SSPC에 제공될 수 있다. SSPC의 다양한 특징이 어떻게 구성될 수 있는지에 대한 예로서, SSPC는, 자신의 동작 상한을 규정하는, 하드웨어에 설정된 최대 정격 전류를 가질 수 있다. 이러한 SSPC는 또한, SSPC의 원하는 정격 전류를 나타내며 최대 정격 전류까지의 임의의 값이 될 수 있는, 정격 전류의 값을 저장할 수 있다. 처음에, 정격 전류는, 적절한 명령의 수신에 의한 동작 동안 변경될 수 있는, 펌웨어에서의 디폴트 값으로 주어질 수 있다. An important function of the power controller is to control the power supplied from the power supply to the load. Many power controllers include circuitry that monitors the characteristics of the supplied power supply and shuts off the power supply when such characteristics do not meet predetermined criteria. As described above, embodiments of the SSPC in accordance with the present invention may be configured to meet specific operational requirements. Various features related to the configuration of the SSPC may be determined through commands received in hardware, firmware, or serial data mode. Both hardware and firmware are determined during manufacturing, and instructions to change the configuration of the SSPC can be provided to the SSPC during operation. As an example of how the various features of the SSPC can be configured, the SSPC may have a maximum rated current set in hardware, which defines its upper operating limit. This SSPC can also store the value of the rated current, which represents the desired rated current of the SSPC and can be any value up to the maximum rated current. Initially, the rated current can be given a default value in the firmware, which can be changed during operation by receipt of the appropriate command.

본 발명의 실시예에 따른 SSPC는 여러 가지 다양한 불량을 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, SSPC는 고장에 대한 반응을 변경하고, 고장을 새로운 방식으로 검출하기 위해 동작 동안 재구성될 수 있다. 발생될 수 있는 고장의 종류로는, 아크 결함(arc fault) 또는 접지 결함(ground fault)이 있다. 몇몇 실시예에서, SSPC는 임계 전류 및 트립 상수(trip constant)를 나타내는 값들을 저장하는데, 이러한 값들은 비정상적인 상태일 때의 SSPC의 트립 특성을 규정하는 것이다. 일실시예에서, 임계 전류는 정격 전류의 120%이고, 트립 상수는 9.9초이다. 임계 전류의 값과 트립 상수는, 최대 정격 전류와 SSPC 내의 회로의 전파 지연에 의해 부여되는 한계에 영향을 받는 동작 동안 변경될 수 있다. SSPC according to an embodiment of the present invention can be configured to detect a variety of various failures. In addition, the SSPC can be reconfigured during operation to change the response to the failure and to detect the failure in a new way. Types of failures that can occur include arc faults or ground faults. In some embodiments, the SSPC stores values indicative of threshold currents and trip constants, which define the trip characteristics of the SSPC in abnormal conditions. In one embodiment, the threshold current is 120% of the rated current and the trip constant is 9.9 seconds. The value of the threshold current and the trip constant can be changed during operation subject to the limits imposed by the maximum rated current and propagation delay of the circuit in the SSPC.

발생될 수 있는 다른 고장으로는 과전류(overcurrent)가 있다. 본 발명에 따른 SSPC의 몇몇 실시예는, 과전류를 모니터링해서, 과전류가 검출되면, 부하에 제공되는 전원을 차단하는 소프트웨어를 포함한다. 일실시예에서, SSPC는 다음의 등식을 만족할 때마다 트립을 행한다. Another failure that can occur is overcurrent. Some embodiments of the SSPC according to the present invention include software that monitors overcurrent and cuts off the power provided to the load if an overcurrent is detected. In one embodiment, the SSPC trips whenever the following equation is satisfied.

Figure 112007066743311-pct00001
Figure 112007066743311-pct00001

여기서, i는 측정한 부하 전류이며, IRated는 정격 전류이고, IThreshold는 임계 전류이며, K는 트립 상수이다. Where i is the measured load current, I Rated is the rated current, I Threshold is the threshold current, and K is the trip constant.

이러한 적분 공식의 개별적인 구현은 다음과 같이 나타낼 수 있다. The individual implementations of these integration formulas can be expressed as

Figure 112007066743311-pct00002
Figure 112007066743311-pct00002

상기 알고리즘은, 열 축적을 허용하는 방식으로 구현될 수 있으며, 종종 i2t 과전류 결함이라 불리기도 한다. The algorithm can be implemented in a manner that allows heat accumulation and is sometimes referred to as an i 2 t overcurrent fault.

본 발명에 따른 SSPC의 몇몇 실시예는, 비상 정지(emergency trip) 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 비상 정지의 예로서, 부하 전류가 정격 부하 전류의 적어도 10배가 되면 MOSFET를 정지시킨다. 이러한 비상 정지는 300㎲ 내에 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 비상 정지의 임계값과 응답 시간은 특정의 용도에 부합하도록 변경될 수 있다. Some embodiments of the SSPC according to the present invention may be configured to provide an emergency trip function. As an example of an emergency stop, the MOSFET is stopped when the load current is at least 10 times the rated load current. This emergency stop can be made within 300 ms. In other embodiments, the threshold and response time of the emergency stop can be changed to suit a particular application.

도 6에는, 외부 장치와 통신을 수행하며, 과전류에 따라 트립을 행하도록 구성되어 있는, 본 발명에 따른 SSPC의 실시예의 동작을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 도 6의 처리 프로세스는 SSPC의 초기화를 행한 이후에 개시된다. 초기화 과정은 SSPC의 정격 전류, 임계 전류 및 트립 상수와 같은, SSPC의 동작 특성을 확립하는 과정을 포함할 수 있다. 이러한 초기화에는 또한, SSPC가 정확하게 동작하는지를 확인하기 위한 내부 검사 동작을 수행하는 과정도 포함할 수 있다. 이러한 초기화에는 또한, 상기와 같은 동작들을 위한 타이머를 아날로그-디지털 변환기(ADC)로서 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 이 타이머는, 전원선의 전류와 전압이 샘플링되는 비율(속도)을 결정한다. 초기화 과정이 완료되면, SSPC는 메인 순환 루프(120)로 진입한다. 6 is a flowchart illustrating the operation of an embodiment of the SSPC according to the present invention, which is configured to communicate with an external device and to trip according to an overcurrent. The processing process of Fig. 6 is started after the initialization of the SSPC. The initialization process may include establishing operating characteristics of the SSPC, such as rated current, threshold current, and trip constant of the SSPC. This initialization may also include performing an internal inspection operation to confirm that the SSPC is operating correctly. This initialization may also include setting a timer for such operations as an analog-to-digital converter (ADC). This timer determines the rate (speed) at which the current and voltage of the power supply line are sampled. When the initialization process is completed, the SSPC enters the main circular loop 120.

이 순환 루프(120) 내에서, SSPC는 메시지가 수신되었는지 여부를 판정한다(단계 122). 상기 단계 122에서 메시지가 수신되었으면, 이 메시지에 대한 처리가 수행된다(단계 124). 상기 단계 122에서, 메시지가 수신되지 않았거나, 수신된 메시지에 대한 처리가 완료되었으면, 부하 전류에 대한 측정이 이루어진다(단계 126). 부하 전류의 값은, 축적된 부하 전류를 나타내는 값을 갱신(단계 128)하고, 국부적인 트립 상수(상기 내용 참조)의 값을 산출(단계 130)하는데 이용된다. Within this circular loop 120, the SSPC determines whether a message has been received (step 122). If a message has been received in step 122 above, processing for this message is performed (step 124). In step 122, if no message is received, or if processing of the received message is complete, a measurement of the load current is made (step 126). The value of the load current is used to update the value representing the accumulated load current (step 128) and to calculate the value of the local trip constant (see above) (step 130).

측정된 부하 전류, 축적된 부하 전류 및 트립 상수가 i2t 과전류 불량이 있다는 것을 나타내는지 여부에 관한 판정이 수행된다(단계 132). i2t 과전류 불량이 발생한 것으로 판정되면, 부하에 제공되는 전원이 차단된다(단계 134). i2t 과전류 불량이 발생하지 않았거나 부하에 제공되는 전원이 차단되었다는 판정이 이루어지면, SSPC의 시스템 값이 갱신되고(단계 136), SSPC의 시스템 상태가 갱신된다(단계 138). 일실시예에서, SSPC의 시스템 상태는, 트립 상태, 현재 상태, 게이트 드라이브에 대한 출력, SSPC가 쇼트(short)되지 않았는지 또는 오픈되지 않았는지와, 오픈 로드(open load)가 있는지에 관련된 정보를 포함한다. 갱신 이후에, MOSFET 게이트, 게이트 LED, 트립형 LED를 출력하고(단계 140), 루프는, 루프의 현재의 반복을 위한 총 시간이 미리 정해진 기간을 초과할 때까지 대기한다(단계 142). 예시된 실시예에서, 미리 정해진 기간은 대략 1 밀리초이다. A determination is made as to whether the measured load current, accumulated load current and trip constant indicate that there is an i 2 t overcurrent failure (step 132). If it is determined that i 2 t overcurrent failure has occurred, the power supply to the load is cut off (step 134). If a determination is made that i 2 t overcurrent failure has not occurred or the power supply to the load is cut off, the system value of the SSPC is updated (step 136), and the system state of the SSPC is updated (step 138). In one embodiment, the system state of the SSPC is information related to the trip state, current state, output to the gate drive, whether the SSPC is short or not open, and whether there is an open load. It includes. After the update, the MOSFET gates, gate LEDs, tripped LEDs are output (step 140), and the loop waits until the total time for the current iteration of the loop exceeds a predetermined period (step 142). In the illustrated embodiment, the predetermined period is approximately 1 millisecond.

도 7에, 아날로그-디지털 변환기로부터 정보를 취득하고 비상의 전류 결함을 검출하는데 사용될 수 있는, 본 발명의 실시예에 따른 인터럽트 과정이 도시되어 있다. 이 과정(160)은, 아날로그-디지털 변환기에 의한 인터럽트가 발생하면 개시된다. 이러한 인터럽트에 따라, 부하 전류가 측정되고(단계 162), MOSFET의 소스와 드레인 양단의 전압 강하가 정해진다. 또한, 비상 정지 전류 값이 정해지고(단계 166)(상기 설명 참조), 부하 전류가 버퍼에 저장된다. 일실시예에서, 버퍼는 4개 이상의 값을 기억시키기에 충분한 메모리를 포함한다. In Fig. 7, an interrupt procedure according to an embodiment of the present invention is shown, which can be used to obtain information from an analog-to-digital converter and to detect an emergency current fault. This process 160 is initiated when an interrupt by the analog-to-digital converter occurs. Following this interrupt, the load current is measured (step 162) and the voltage drop across the source and drain of the MOSFET is determined. In addition, the emergency stop current value is determined (step 166) (see above), and the load current is stored in the buffer. In one embodiment, the buffer includes enough memory to store four or more values.

부하 전류의 저장에 이어, 부하 전류가 비상 정지 전류보다 큰지 여부에 대한 판정이 이루어진다(단계 170). 부하 전류가 비상 정지 전류보다 크다면, 카운터의 값이 증분된다. 카운트가 3 또는 4라고 판정되면(단계 174), SSPC가 트립된다(단계 176). 카운트가 3보다 작은 경우에는, 축적된 부하 전류 값이 갱신되고(단계 178), 통합-분할(integrate-decimate) 타이머가 시간이 종료되었는지 여부에 대한 판정이 이루어진다(단계 180). 통합-분할 타이머의 시간이 종료되었으면, 축적된 부하 전류를 평균화한다(단계 182). Following storage of the load current, a determination is made whether the load current is greater than the emergency stop current (step 170). If the load current is greater than the emergency stop current, the value of the counter is incremented. If the count is determined to be 3 or 4 (step 174), the SSPC is tripped (step 176). If the count is less than 3, the accumulated load current value is updated (step 178) and a determination is made as to whether the integral-decimate timer has timed out (step 180). Once the time of the integration-split timer has expired, the accumulated load current is averaged (step 182).

통합-분할 타이머의 시간이 종료하지 않았거나 축적된 부하 전류를 평균화한 경우, 직렬 통신에 사용될 수 있는 직렬 타이머가 갱신되고(단계 184), 수행되는 인터럽트 루틴의 수를 추적하는 메인 루프 카운터의 값이 증분된다(단계 186). If the integration-division timer has not timed out or averaged the accumulated load current, the value of the main loop counter that tracks the number of interrupt routines performed, updating the serial timer that can be used for serial communication (step 184). Is incremented (step 186).

도 8에, 아크 결함 보호를 위한 회로를 포함하는, 본 발명에 따른 SSPC의 실시예를 나타낸다. 도 8의 SSPC는 도 3의 SSPC와 유사하지만, 도 8의 SSPC는, 전원 공급 장치(64), 부하 전압을 검출하기 위한 회로(68), 부하 전류를 검출하기 위한 회로(65) 및 마이크로컨트롤러(56)에 접속된 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러(200)를 포함하는 것이, 도 3의 SSPC와 다르다. 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러는, 부하 전류와 부하 전압을 모니터링함으로써 부하에서의 결함을 검출할 수 있다. 아크 결함(arc faults)은, 일반적으로 하위의 아크 결함[예컨대, 전류가 부하를 통해 흐르도록 하는 루즈 와이어(loose wire)가 주기적으로 접촉하는 직렬 아크]과 상위의 아크 결함(예컨대, 병렬 아크)으로 분류된다. 하위의 아크 결함과 상위의 아크 결함은, 전류 파형에서의 불규칙성, 특히 전류 파형에서의 제로 크로싱(zero crossing)에 의해 검출될 수 있다. 결함의 존재를 확인하기 위하여, 전압 파형이 사용될 수도 있다. 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러(200)는, 불규칙성이 검출될 때 부하로부터 전원을 차단하는 스위치(50)를 개방하도록 마이크로컨트롤러(56)에 지시함으로써 아크 결함을 방지할 수 있다. 8 shows an embodiment of an SSPC according to the invention, comprising a circuit for arc fault protection. The SSPC of FIG. 8 is similar to the SSPC of FIG. 3, while the SSPC of FIG. 8 includes a power supply 64, a circuit 68 for detecting load voltage, a circuit 65 for detecting load current, and a microcontroller. It is different from the SSPC of FIG. 3 that includes the arc defect detection microcontroller 200 connected to 56. The arc fault detection microcontroller can detect a fault in the load by monitoring the load current and the load voltage. Arc faults are generally higher arc faults (e.g., parallel arcs) and lower arc faults (e.g., series arcs where the loose wires periodically contact currents to flow through the load). Classified as Lower arc defects and upper arc defects can be detected by irregularities in the current waveform, in particular zero crossings in the current waveform. To confirm the presence of a defect, a voltage waveform may be used. The arc fault detection microcontroller 200 can prevent the arc fault by instructing the microcontroller 56 to open the switch 50 that disconnects the power supply from the load when irregularity is detected.

다른 실시예에서, SSPC의 일부로서 단일의 마이크로컨트롤러 또는 다수의 마이크로컨트롤러를 사용하는 전용의 회로에 의해, 다른 종류의 결함을 검출할 수 있다. 일실시예에서, SSPC는 접지 결함을 검출하기 위한 회로를 포함한다. 다른 실시예에서, SSPC는 다양한 여러 가지 유형의 결함을, 감도를 증가시켜서 검출할 수 있는 회로를 포함한다. In other embodiments, other types of defects can be detected by dedicated circuitry using a single microcontroller or multiple microcontrollers as part of the SSPC. In one embodiment, the SSPC includes circuitry for detecting ground faults. In other embodiments, the SSPC includes circuitry that can detect various different types of defects by increasing sensitivity.

도 9a-9o에는, 아크 결함을 검출하고 아크 결함에 따라 SSPC를 트립시키도록 구성된 마이크로컨트롤러를 포함하는, 본 발명의 실시예에 따른 교류(AC) SSPC의 회로 설계가 도시되어 있다. 도 9a~9j는 AC SSPC의 회로 설계를 개략적으로 나타낸다. AC SSPC는, 전원 공급 장치(64"')로부터 전원이 공급되는 마이크로컨트롤러(56"')를 포함한다. 마이크로컨트롤러는, 전원(52"')으로부터 부하(54"')에 대한 전원을 공급을 제어하는 전원 MOSFET(50"')를 스위칭하기 위한 출력을 제공한다. 마이크로컨트롤러(56"')와 전원 MOSFET(50"') 사이를 전기적으로 절연시키기 위해 한 쌍의 광학 커플러(201)가 제공된다. 마이크로컨트롤러(56"')와 외부 장치(도시 안 됨) 사이를 전기적으로 절연시키기 위해 자기저항성 커플러(60"')가 제공된다. 마이크로컨트롤러(56"') 외에도, 마이크로컨트롤러(56"')에 접속되고 회로 내의 많은 다른 위치에 배치되는 다른 마이크로컨트롤러(200')가 포함될 수 있다. 이러한 제2 마이크로컨트롤러(200')는, 아크 결함을 나타내기 위해 공급되는 전원을 모니터링하도록 구성되어 있다. 다른 실시예에서, 제2 마이크로컨트롤러는 특정 용도의 다른 회로로 대체할 수 있다. 9A-9O show a circuit design of an alternating current (AC) SSPC in accordance with an embodiment of the present invention, including a microcontroller configured to detect an arc fault and trip the SSPC according to the arc fault. 9A-9J schematically illustrate the circuit design of an AC SSPC. The AC SSPC includes a microcontroller 56 "'powered from a power supply 64"'. The microcontroller provides an output for switching the power supply MOSFET 50 "'that controls the supply of power to the load 54"' from the power supply 52 "'. The microcontroller 56"' and the power supply. A pair of optical couplers 201 is provided to electrically insulate between the MOSFETs 50 "'. A magnetoresistive coupler to electrically insulate between the microcontroller 56"' and an external device (not shown). 60 "'. In addition to the microcontroller 56"', other microcontrollers 200 'may be included that are connected to the microcontroller 56 "' and disposed at many different locations in the circuit. The two microcontrollers 200 ′ are configured to monitor the power supplied to indicate arc faults In another embodiment, the second microcontroller may be replaced with another circuit for a particular application.

도 9k~9n에는, 전원 공급 장치에 의해 부하에 공급되는 전압 및 전류를 검출하기 위한 회로와 마이크로컨트롤러(56"')가 도시되어 있다. 이 마이크로컨트롤러(56"')는, 공급되는 전류에 관련된 정보를 제공하도록 구성되어 있는 전류 검출 회로(65"')에 접속되어 있다. 이 전류 검출 회로(65"')는, 한 쌍의 연산 증폭기(Op-amp)(204, 206)를 포함한다. 전류 검출 회로(65"')에 대한 2개의 입력이 전류가 공급되는 경로에 있는 션트 저항의 양단에 접속되면, 상기 연산 증폭기는 그 공급되는 전류에 관한 정보를 제공한다. 도 9k~9n에 도시한 실시예에서, 2개의 비교기는 다른 레벨의 감도를 제공한다. 9K-9N, a circuit and a microcontroller 56 "'for detecting the voltage and current supplied to a load by a power supply are shown. This microcontroller 56"' is shown in FIG. It is connected to a current detection circuit 65 "'configured to provide related information. This current detection circuit 65"' includes a pair of operational amplifier (Op-amps) 204 and 206. . When two inputs to the current detection circuit 65 "'are connected across the shunt resistor in the path through which the current is supplied, the op amp provides information about the current supplied thereto. In one embodiment, two comparators provide different levels of sensitivity.

마이크로컨트롤러(56"')는 또한 전압 검출 회로(68"')에도 접속되어 있다. 이 전압 검출 회로는 전원 공급 장치로부터의 입력과 중간 입력을 포함한다. 2개의 입력을 나타내는 신호는, 공급 전압의 크기를 나타내는 출력 신호를 제공하는 비교기의 입력에 제공된다. The microcontroller 56 "'is also connected to the voltage detection circuit 68"'. This voltage detection circuit includes an input from a power supply and an intermediate input. Signals representing the two inputs are provided at the input of the comparator providing an output signal indicative of the magnitude of the supply voltage.

도 9a~9j와 관련하여 상기 설명한 바와 같이, 도 9a~9j에 도시된 AC SSPC는 SSPC 내의 다양한 회로에 전원을 제공하기 위해 전원 공급 장치를 포함한다. 전원 공급 장치(64"')가 도 9o에 도시되어 있다. As described above with respect to FIGS. 9A-9J, the AC SSPC shown in FIGS. 9A-9J includes a power supply to provide power to various circuits within the SSPC. Power supply 64 "'is shown in Figure 9o.

도 9a-9o에 도시된 AC SSPC는 아크 결함을 검출하도록 구성되어 있는 다른 하나의 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다. 도 10에는, 아크 결함을 검출하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 처리 프로세스가 도시되어 있다. 이 프로세스(220)는, 아크 결함을 주기적으로 모니터링하는 과정을 포함한다. 따라서, 이 프로세스는, 부하를 모니터링(블록 224)하는 과정 사이의 아이들링(블록 222) 시간을 포함한다. 모니터링을 행하는 동한 부하가 프로파일링된다(블록 224). 부하는 SSPC 내의 전압 및 전류를 측정함으로써 프로파일링된다. 일단 부하가 프로파일링되면(블록 224), 부하의 프로파일을 검사해서(블록 226), 프로파일 내의 불규칙성(상기 설명 참조)이 아크 결함의 존재를 나타내는지 여부를 결정할 수 있다. 이 프로파일이, 아크 결함이 존재한다는 것을 나타내는 경우에는, 부하 프로파일의 더 많은 샘플이, 아크 결함이 발생하였는지 여부에 대한 최종적인 판정이 이루어질 수 있을 때까지 수집된다. 아크 결함이 발생하였으면, SSPC가 트립된다(블록 228). 아크 결함이 발생하지 않았다면, 프로세스는 아이들 상태(블록 222)로 복귀한다. The AC SSPC shown in FIGS. 9A-9O includes another microcontroller configured to detect arc faults. 10, a processing process according to an embodiment of the present invention for detecting arc defects is shown. This process 220 includes periodically monitoring arc faults. Thus, this process includes the idling (block 222) time between the process of monitoring the load (block 224). During the monitoring, the load is profiled (block 224). The load is profiled by measuring the voltage and current in the SSPC. Once the load is profiled (block 224), the profile of the load can be examined (block 226) to determine whether the irregularities in the profile (see description above) indicate the presence of an arc fault. If this profile indicates that an arc defect is present, more samples of the load profile are collected until a final decision can be made whether an arc defect has occurred. If an arc fault has occurred, the SSPC is tripped (block 228). If no arc fault has occurred, the process returns to an idle state (block 222).

상기 설명의 많은 부분이, 부하에 대한 전원의 공급을 제어하고 결함을 검출하기 위해 부하를 모니터링하는, 본 발명에 따른 SSPC의 동작에 관한 것이다. 본 발명에 따른 SSPC의 많은 실시예의 동작 특성은 외부 장치에 의해 구성될 수 있다는 사실도 또한 논의되었다. 도 11 내지 도 14에 제시되는 정보는, 사용자가 외부 장치를 사용하여 하나 이상의 SSPC를 구성할 수 있도록 해주는 여러 가지의 많은 사용자 인터페이스의 설명을 포함한다. Much of the description above relates to the operation of the SSPC according to the invention, which controls the supply of power to the load and monitors the load to detect faults. It has also been discussed that the operating characteristics of many embodiments of SSPCs according to the present invention can be configured by external devices. The information presented in FIGS. 11-14 includes descriptions of many different user interfaces that allow a user to configure one or more SSPCs using an external device.

도 5를 다시 참조하면, 다수의 SSPC(16)에 접속되어 있는 마이크로컨트롤러(100)를 포함하는 구조가 도시되어 있다. 도 5의 설명은, 마이크로컨트롤러(100)가 SSPC(16)에 대한 지시를 제공할 수 있으며, 이러한 지시들이 SSPC를 구성할 수 있다는 사실을 나타낸다. 많은 실시예에서, 사용자는 하나 이상의 SSPC의 상태에 관한 정보를 요구하며, SSPC의 동작 특성을 변경시킬 능력을 필요로 한다. 사용자에게 정보를 제공하는 한가지 방법은 사용자 인터페이스를 이용하는 것이다. 이하의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 거의 제한 없이 다양한 사용자 인터페이스를 사용할 수 있다. 많은 실시예에서, 사용자 인터페이스는, 도 5에 도시된 마이크로컨트롤러(100)와 같은 외부 장치와 SSPC(16)의 조합에 의해 제공된다. 예를 들어, 외부 장치는 사용자로부터의 입력을 수신할 수 있으며, SSPC는 LED 등과 같은 시각적 표시기를 사용하여 사용자에게 정보를 제공할 수 있다. 더 구체적인 실시예에서, 사용자 인터페이스는 마이크로컨트롤러 등과 같은 하나 이상의 외부 장치에 의해 제공된다. 많은 실시예에서, 외부의 마이크로컨트롤러는, 사용자로부터의 입력을 수신하고, 사용자에게 정보를 전달하기 위해 그래픽 사용자 인터페이스를 제공한다. Referring again to FIG. 5, a structure is shown that includes a microcontroller 100 that is connected to multiple SSPCs 16. The description of FIG. 5 shows that the microcontroller 100 may provide instructions for the SSPC 16, and these instructions may constitute the SSPC. In many embodiments, a user requires information about the status of one or more SSPCs and needs the ability to change the operating characteristics of the SSPC. One way of providing information to the user is by using a user interface. As can be seen from the description below, various user interfaces can be used with almost no limitation. In many embodiments, the user interface is provided by a combination of SSPC 16 and an external device, such as microcontroller 100 shown in FIG. For example, the external device can receive input from the user, and the SSPC can provide information to the user using visual indicators such as LEDs. In a more specific embodiment, the user interface is provided by one or more external devices, such as a microcontroller. In many embodiments, an external microcontroller provides a graphical user interface for receiving input from a user and for conveying information to the user.

도 11에는, 사용자 입력을 수신하기 위한 키패드와 사용자에게 출력을 제공하기 위한 LED를 포함하는 구성의 실시예가 도시되어 있다. 이 구성은 도 5에 도시된 구성과 유사하지만, 도 11에 도시된 마이크로컨트롤러(100)는, 키패드(250)에 접속되어 있으며, 각각의 SSPC(16)가 3개의 LED에 접속되어 있는 것이, 도 5에 도시된 구성과 다르다. 이 3개의 LED는 트립형 LED(252), 아이들 LED(254), 및 게이트 LED이다. 도 6에 도시된 프로세스는, 단계 140에서 트립형 LED와 게이트 LED에 대한 참조를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 6은, SSPC의 동작에 사용될 수 있는 프로세스의 일실시예이며, 트립형 LED와 게이트 LED를 참조하는 단계(140)가, 사용자 인터페이스의 일부를 형성할 수 있는 LED에 의해 전달되는 정보를 갱신하기 위한 적절한 시간의 예이다. 다른 실시예에서, 유사한 시간은, 외부 장치에 정보를 전달하여, SSPC의 상태에 관하여 외부 장치를 갱신하기 위한 적절한 시점이 될 수 있다. 11 illustrates an embodiment of a configuration that includes a keypad for receiving user input and an LED for providing output to a user. This configuration is similar to the configuration shown in FIG. 5, but the microcontroller 100 shown in FIG. 11 is connected to the keypad 250, and each SSPC 16 is connected to three LEDs. Different from the configuration shown in FIG. These three LEDs are the tripped LED 252, the idle LED 254, and the gate LED. The process shown in FIG. 6 includes a reference to the tripped LED and the gate LED at step 140. As described above, FIG. 6 is one embodiment of a process that may be used for the operation of an SSPC, and wherein the step 140 of referencing the trip LED and the gate LED may be performed by an LED that may form part of the user interface. This is an example of the appropriate time to update the information that is passed. In another embodiment, a similar time may be a suitable time for communicating information to an external device to update the external device with respect to the status of the SSPC.

일실시예에서, 키패드(250)는 4개의 버튼을 포함한다. 이 4개의 버튼은 온(on) 버튼, 오프(off) 버튼, 업(up) 버튼, 및 다운(down) 버튼이다. 이 4개의 버튼을 사용하면, 사용자는, SSPC를 바꾸고, SSPC를 선택하며, SSPC를 온 또는 오프로 전환시킬 수 있다. 마이크로컨트롤러(100)는, 사용자의 지시에 따라, 하나 이상의 SSPC에 지시를 전달한다. SSPC는, 부하에 전원을 인가/차단하는 지시와 LED에 출력을 제공하는 지시 등을 포함하는 다양한 방식으로 상기 지시에 응답하도록 구성되어 있다. 이 출력은 사용자에게 시각적인 정보를 제공하는데, 이러한 시각적인 정보는 SSPC의 상태와 SSPC가 사용자에 의해 선택되는지 여부를 나타낸다. In one embodiment, keypad 250 includes four buttons. These four buttons are an on button, an off button, an up button, and a down button. Using these four buttons, the user can change the SSPC, select the SSPC, and turn the SSPC on or off. The microcontroller 100 transmits the instructions to one or more SSPCs according to the instructions of the user. The SSPC is configured to respond to the instructions in a variety of ways, including instructions to power / block the load, provide instructions to the LEDs, and the like. This output provides visual information to the user, which indicates the status of the SSPC and whether the SSPC is selected by the user.

앞서 설명한 바와 같이, 외부 장치는 완전한 그래픽 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 많은 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스는, 하나 이상의 SSPC를 제어하는, PDA 내의 마이크로컨트롤러와 통신을 행하는 연산 장치에 의해 제공된다. 다른 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스는 PDA 내의 마이크로컨트롤러에 의해 이루어진다. As described above, the external device can provide a complete graphical user interface. In many embodiments, a graphical user interface is provided by a computing device that communicates with a microcontroller in a PDA that controls one or more SSPCs. In another embodiment, the graphical user interface is made by a microcontroller in the PDA.

그래픽 사용자 인터페이스가 제공되는 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스는 각각의 SSPC, 이들의 상태, 및 각 SSPC에 부여된 동작 특성에 관련된 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 도 12에는, 다수의 SSPC 관련 정보를 나타내는 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린 샷이 도시되어 있다. 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린(270)의 중요한 특징은, SSPC가 동작하고 있는지 여부를 나타내는 표시기(272), 부하 전류의 목록(274), 및 정격 전류의 목록(276)을 나타낸다는 것이다. 도 12에 도시된 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린(270)은, 사용자로 하여금 SSPC를 작동시키고, SSPC를 통해 지나가는 부하 전류를 모니터링하며, SSPC의 정격 전류를 변경할 수 있는 기회를 제공한다. In embodiments where a graphical user interface is provided, the graphical user interface may provide the user with information related to each SSPC, their status, and operational characteristics imparted to each SSPC. 12 is a screen shot of a graphical user interface showing a number of SSPC related information. An important feature of the screen 270 of the graphical user interface is that it displays an indicator 272 indicating whether the SSPC is operating, a list 274 of load currents, and a list 276 of rated currents. The screen 270 of the graphical user interface shown in FIG. 12 provides the user with the opportunity to operate the SSPC, monitor the load current passing through the SSPC, and change the rated current of the SSPC.

많은 실시예에서, 그래픽 사용자 인터페이스는 SSPC 내의 부하 전류 및/또는 부하 전압의 특성을 시간에 따라 모니터링할 수 있다. 도 13에는, 시간에 따른 부하 전류에 관련된 정보를 포함하는, 본 발명의 실시예에 따른 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린 샷이 도시되어 있다. 그래픽 사용자 인터페이스의 스크린(280)의 중요한 특징은, SSPC의 정격 전류의 표시(282), SSPC의 트립 상수의 표시(284), SSPC를 통해 지나가는 부하 전류의 표시(286), SSPC에 대한 임계 전류의 표시(288), SSPC에 대한 비상 전류의 값의 표시(290), SSPC가 다양한 결함 중 어느 것이라도 검출했는지 여부와 SSPC의 상태를 나타내는 표시기의 어레이(292), 시간에 따른 SSPC의 부하 전류 및 트립 전류를 나타내는 그래프(294)이다. In many embodiments, the graphical user interface may monitor the characteristics of the load current and / or load voltage in the SSPC over time. 13 is a screen shot of a graphical user interface in accordance with an embodiment of the present invention, including information relating to load current over time. Important features of the screen 280 of the graphical user interface include an indication of the rated current of the SSPC (282), an indication of the trip constant of the SSPC (284), an indication of the load current passing through the SSPC (286), a threshold current for the SSPC. Display 288, display of the value of the emergency current for the SSPC 290, an array 292 of indicators indicating whether the SSPC has detected any of various defects and the status of the SSPC, the load current of the SSPC over time And a graph 294 showing the trip current.

사용자는 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하여 정보를 제공할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스의 사용을 위한 장치는, 수신한 정보를 처리하며, 유효한 사용자 지시를 구현하는데 필요한 지시를 SSPC에 제공한다. 도 14에는, 본 발명에 따른, SSPC의 정격 전류를 변경하는 사용자 지시에 따르기 위해 SSPC에 의해 이용될 수 있는 프로세스를 나타낸다. 이 프로세스(300)는, 새로운 정격 전류 정보를 수신하는 과정(단계 302)과, 이 정보를 저장하는 과정(단계 304)을 포함한다. 정보가 저장되면, SSPC는 비상 정지 전류에 대한 새로운 값을 산출(단계 306)하고, 동작을 재개하기 전에 비상 정지 상태가 존재하는지 여부를 판정(단계 308)한다. 많은 실시예에서, SSPC는 이러한 변경이 수행되었다는 것을 확인할 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 장치는 SSPC의 상태와 그 상태가 성공적으로 변경되었는지 여부를 판정하기 위해 SSPC를 주기적으로 폴링할 수 있다. The user can provide the information using a graphical user interface. The apparatus for use of the graphical user interface processes the received information and provides the SSPC with the instructions necessary to implement valid user instructions. 14 shows a process that may be used by an SSPC to comply with user instructions to change the rated current of an SSPC, in accordance with the present invention. This process 300 includes receiving new rated current information (step 302) and storing this information (step 304). Once the information is stored, the SSPC calculates a new value for the emergency stop current (step 306) and determines whether an emergency stop condition exists (step 308) before resuming operation. In many embodiments, the SSPC may confirm that this change has been made. In another embodiment, the external device may periodically poll the SSPC to determine the state of the SSPC and whether the state has been successfully changed.

상기 설명은 본 발명의 많은 구체적인 실시예를 포함하고 있지만, 이것은 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니며, 일례일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 범위는 예시한 실시예에 의해서만 정해지는 것이 아니며, 첨부한 청구범위와 그 등가의 범위에 의해 정해지게 된다. Although the above description includes many specific embodiments of the present invention, it is not intended to limit the scope of the present invention, but is merely an example. Accordingly, the scope of the invention should not be limited solely by the illustrated embodiments, but rather by the appended claims and their equivalents.

Claims (37)

전원 커넥터, 부하 커넥터, 및 하나 이상의 통신 커넥터를 구비하는 반도체 전원 제어 장치(solid state power controller)로서, A solid state power controller having a power connector, a load connector, and one or more communication connectors, the solid state power controller comprising: 상기 전원 커넥터와 상기 부하 커넥터 사이에 전기적으로 접속가능하게 되어 있으며, 입력을 갖는 반도체 스위치(solid state switch);A solid state switch electrically connected between the power connector and the load connector, the semiconductor switch having an input; 상기 반도체 스위치의 입력에 연결된 마이크로컨트롤러(microcontroller); 및A microcontroller coupled to the input of the semiconductor switch; And 상기 마이크로컨트롤러와 상기 하나 이상의 통신 커넥터 사이에 갈바닉 장벽(galvanic barrier)을 형성하도록 접속된 절연 회로(isolation circuitry)Isolation circuitry connected to form a galvanic barrier between the microcontroller and the one or more communication connectors. 를 포함하며,/ RTI > 상기 마이크로컨트롤러는 트립 상수(trip constant)를, 측정한 부하 전류, 정격 전류 및 임계 전류의 함수인 시간 변수 계산 값에 비교함으로써 과전류 상태(overcurrent condition)를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 전원 제어 장치. Wherein the microcontroller is configured to detect an overcurrent condition by comparing a trip constant to a calculated time variable calculated as a function of measured load current, rated current and threshold current. . 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 절연 회로는 하나 이상의 자기저항성 신호 분리기(magnetoresistive signal isolator)를 포함하여 구성되어 있는, 반도체 전원 제어 장치. And the isolation circuit comprises one or more magnetoresistive signal isolators. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 스위치는 MOSFET(MOS field-effect transistor)를 포함하여 구성되어 있는, 반도체 전원 제어 장치. And the semiconductor switch comprises a MOSFET (MOS field-effect transistor). 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러는 미리 정해진 하나 이상의 동작 특성에 따라 상기 반도체 스위치에 대한 입력을 생성하도록 구성되어 있는, 반도체 전원 제어 장치. And the microcontroller is configured to generate an input to the semiconductor switch in accordance with one or more predetermined operating characteristics. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 미리 정해진 하나 이상의 동작 특성 중 하나는 정격 전류(rated current)인, 반도체 전원 제어 장치. Wherein one of the predetermined one or more operating characteristics is rated current. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 미리 정해진 하나 이상의 동작 특성 중 하나는 트립 전류 임계값(trip current threshold)인, 반도체 전원 제어 장치. Wherein one of the predetermined one or more operating characteristics is a trip current threshold. 제4항에 있어서, 5. The method of claim 4, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 반도체 전원 제어 장치가 초기화된 후, 외부 장치로부터 수신된 명령(instructions)에 따라 프로그램되는, 반도체 전원 제어 장치. And the microcontroller is programmed according to instructions received from an external device after the semiconductor power control device is initialized. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 마이크로컨트롤러는 상기 반도체 전원 제어 장치를 초기화하기 전에, 상기 마이크로컨트롤러 내의 메모리에 기억되어 있는 명령에 의해서도 프로그램되는, 반도체 전원 제어 장치. And the microcontroller is also programmed by a command stored in a memory in the microcontroller before the semiconductor power control device is initialized. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러에 접속되며, 상기 반도체 스위치의 하나 이상의 단자(terminal)의 전압을 감지하도록 구성된 전압 감지 회로(voltage sensing circuitry)를 더 포함하는, 반도체 전원 제어 장치. And a voltage sensing circuitry connected to the microcontroller, the voltage sensing circuitry configured to sense a voltage of one or more terminals of the semiconductor switch. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러에 접속되며, 상기 반도체 스위치를 통해 흐르는 전류를 감지하도록 구성된 전류 감지 회로를 더 포함하는, 반도체 전원 제어 장치. And a current sensing circuit connected to the microcontroller and configured to sense a current flowing through the semiconductor switch. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러에 연결되며, 상기 반도체 전원 제어 장치(SSPC: solid state power controller)의 전원 커넥터 또는 부하 커넥터에 접속된 회로의 아크 결함(arc fault)을 검출하는 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러를 더 포함하며, And an arc fault detection microcontroller connected to the microcontroller and detecting an arc fault of a circuit connected to a power connector or a load connector of the solid state power controller (SSPC); , 상기 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러는, 상기 반도체 스위치를 개방시키기 위한 신호를 생성함으로써 아크 결함의 감지에 응답하도록 구성된, 반도체 전원 제어 장치. And the arc fault detection microcontroller is configured to respond to detection of an arc fault by generating a signal to open the semiconductor switch. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11, 상기 아크 결함 검출용 마이크로컨트롤러는 상이한 레벨의 감도(sensitivity)로 아크 결함을 검출하는, 반도체 전원 제어 장치. The arc fault detection microcontroller detects arc faults with different levels of sensitivity. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 하나 이상의 통신 커넥터에 외부 장치가 접속된, 반도체 전원 제어 장치. And an external device connected to the at least one communication connector. 제14항에 있어서, The method of claim 14, 상기 외부 장치는 마이크로컨트롤러인, 반도체 전원 제어 장치. And the external device is a microcontroller. 전원 커넥터, 부하 커넥터, 및 하나 이상의 통신 커넥터를 각각 갖는 복수 개의 반도체 전원 제어 장치; 및A plurality of semiconductor power control devices each having a power connector, a load connector, and at least one communication connector; And 상기 하나 이상의 통신 커넥터를 통해 상기 반도체 전원 제어 장치에 각각 접속된 외부 마이크로컨트롤러External microcontrollers, each connected to the semiconductor power control device via the one or more communication connectors 를 포함하며, / RTI > 상기 반도체 전원 제어 장치는 절연 회로를 통해 상기 하나 이상의 통신 커넥터에 접속된 내부 마이크로컨트롤러를 각각 포함하고, 상기 절연 회로는 상기 내부 마이크로컨트롤러와 상기 외부 마이크로컨트롤러 사이에 갈바닉 장벽(galvanic barrier)을 형성하고,The semiconductor power supply control device each includes an internal microcontroller connected to the at least one communication connector via an isolation circuit, the isolation circuit forming a galvanic barrier between the internal microcontroller and the external microcontroller. , 상기 반도체 전원 제어 장치는 상기 절연 회로에 의해 다음 반도체 전원 제어 장치로부터 갈바닉 절연되며, The semiconductor power supply control device is galvanically insulated from a next semiconductor power supply control device by the insulation circuit, 상기 내부 마이크로컨트롤러는 트립 상수(trip constant)를, 측정한 부하 전류, 정격 전류 및 임계 전류의 함수인 시간 변수 계산 값에 비교함으로써 과전류 상태(overcurrent condition)를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배전 어셈블리. And the internal microcontroller is configured to detect an overcurrent condition by comparing a trip constant to a time variable calculated value that is a function of the measured load current, rated current and threshold current. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 절연 회로는 자기저항성 신호 분리기를 포함하여 구성된, 배전 어셈블리. And the isolation circuit comprises a magnetoresistive signal separator. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 반도체 전원 제어 장치는 반도체 스위치를 각각 포함하며, The semiconductor power supply control device each includes a semiconductor switch, 상기 반도체 전원 제어 장치 내의 상기 내부 마이크로컨트롤러는, 상기 반도체 스위치의 동작을 제어하도록 구성되어 있는, 배전 어셈블리. And the internal microcontroller in the semiconductor power supply control device is configured to control the operation of the semiconductor switch. 제18항에 있어서, 19. The method of claim 18, 상기 외부 마이크로컨트롤러는 상기 반도체 전원 제어 장치 내의 마이크로컨트롤러에 메시지를 전달하도록 구성되어 있으며, The external microcontroller is configured to deliver a message to a microcontroller within the semiconductor power control device, 상기 반도체 전원 제어 장치 내의 내부 마이크로컨트롤러는 상기 외부 마이크로컨트롤러에 의해 전달된 상기 메시지에 응답하도록 구성된, 배전 어셈블리. An internal microcontroller in the semiconductor power control device is configured to respond to the message delivered by the external microcontroller. 제19항에 있어서, 20. The method of claim 19, 상기 하나 이상의 내부 마이크로컨트롤러는 상기 외부 마이크로컨트롤러로부터의 소정의 메시지를 수신하는 것에 응답하여 상기 반도체 스위치의 동작을 제어하는 방식을 변경하도록 구성된, 배전 어셈블리. And the one or more internal microcontrollers are configured to change a manner of controlling operation of the semiconductor switch in response to receiving a predetermined message from the external microcontroller. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 외부 마이크로컨트롤러에 접속된 키패드; 및A keypad connected to the external microcontroller; And 상기 반도체 전원 제어 장치의 각각에 접속된 하나 이상의 LED(light emitting diode)를 더 포함하는 배전 어셈블리. And at least one light emitting diode (LED) connected to each of the semiconductor power control devices. 제21항에 있어서, 22. The method of claim 21, 상기 키패드는 4개의 버튼을 포함하는, 배전 어셈블리. The keypad includes four buttons. 제22항에 있어서, 23. The method of claim 22, 상기 반도체 전원 제어 장치는 3개의 LED에 각각 접속되어 있는, 배전 어셈블리. And the semiconductor power supply control device is connected to three LEDs, respectively. 제21항에 있어서, 22. The method of claim 21, 상기 외부 마이크로컨트롤러는 상기 키패드를 통해 수신된 입력에 응답하여 상기 반도체 전원 제어 장치에 메시지를 전달하도록 구성되어 있는, 배전 어셈블리. And the external microcontroller is configured to deliver a message to the semiconductor power control device in response to an input received through the keypad. 제21항에 있어서, 22. The method of claim 21, 상기 반도체 전원 제어 장치의 상기 내부 마이크로컨트롤러는 상기 LED를 조명시키는 신호를 생성하고, 정보를 사용자에게 전달하도록 구성되어 있는, 배전 어셈블리. And the internal microcontroller of the semiconductor power control device is configured to generate a signal that illuminates the LED and to convey information to a user. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 외부 마이크로컨트롤러에 접속된 컴퓨터를 더 포함하며, Further comprising a computer connected to the external microcontroller, 상기 컴퓨터는 사용자에게 상기 반도체 전원 제어 장치의 동작 특성에 관련된 정보를 전달하고, 사용자로부터의 지시에 따라 상기 반도체 전원 제어 장치의 동작 특성을 변경할 수 있게 하는 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface)를 제공하는, 배전 어셈블리. The computer provides a graphical user interface for transmitting information related to operating characteristics of the semiconductor power control device to a user and for changing the operating characteristics of the semiconductor power control device according to an instruction from the user. Power distribution assembly. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러는 아래의 시간 변수 적분 식의 시간 변수 값을 계산하도록 구성되는데, The microcontroller is configured to calculate a time variable value of the following time variable integration formula,
Figure 112012027710093-pct00019
Figure 112012027710093-pct00019
 상기 식에서, i는 측정한 부하 전류이며, IThreshold는 임계 전류이고, Irated는 정격 전류인, 반도체 전원 제어 장치. Wherein i is the measured load current, I Threshold is the threshold current, and I rated is the rated current. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러는 아래의 이산 시간 변수 합계 식의 시간 변수 값을 계산하도록 구성되는데, The microcontroller is configured to calculate a time variable value of the following discrete time variable sum expression,
Figure 112012027710093-pct00020
Figure 112012027710093-pct00020
 상기 식에서, i는 측정한 부하 전류이며, IThreshold는 임계 전류이고, Irated는 정격 전류인, 반도체 전원 제어 장치. Wherein i is the measured load current, I Threshold is the threshold current, and I rated is the rated current. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 시간 변수 값은 열 축적(thermal memory)을 나타내는, 반도체 전원 제어 장치. Wherein said time variable value represents thermal memory. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 내부 마이크로컨트롤러는 아래의 시간 변수 적분 식의 시간 변수 값을 계산하도록 구성되는데, The internal microcontroller is configured to calculate a time variable value of the following time variable integration formula,
Figure 112012027710093-pct00021
Figure 112012027710093-pct00021
 상기 식에서, i는 측정한 부하 전류이며, IThreshold는 임계 전류이고, Irated는 정격 전류인, 배전 어셈블리. Wherein i is the measured load current, I Threshold is the threshold current, and I rated is the rated current. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 내부 마이크로컨트롤러는 아래의 이산 시간 변수 합계 식의 시간 변수 값을 계산하도록 구성되는데, The internal microcontroller is configured to calculate a time variable value of the following discrete time variable sum expression,
Figure 112012027710093-pct00022
Figure 112012027710093-pct00022
 상기 식에서, i는 측정한 부하 전류이며, IThreshold는 임계 전류이고, Irated는 정격 전류인, 배전 어셈블리. Wherein i is the measured load current, I Threshold is the threshold current, and I rated is the rated current. 제16항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 시간 변수 값은 열 축적을 나타내는, 배전 어셈블리. Wherein said time variable value represents heat accumulation. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 스위치의 입력과 상기 전원 커넥터 사이에 연결된 시간 지연 회로를 더 포함하며, Further comprising a time delay circuit coupled between the input of the semiconductor switch and the power connector, 상기 시간 지연 회로는 상기 반도체 스위치의 스위칭 특성을 변경하도록 구성된, 반도체 전원 제어 장치. And the time delay circuit is configured to change a switching characteristic of the semiconductor switch. 제34항에 있어서, 35. The method of claim 34, 상기 시간 지연 회로는 커패시터와 직렬로 연결된 저항을 포함하는, 반도체 전원 제어 장치. And the time delay circuit comprises a resistor connected in series with a capacitor. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 마이크로컨트롤러는 프로그램가능한 비상 정지(programmable emergency trip)를 제공하도록 구성된, 반도체 전원 제어 장치. And the microcontroller is configured to provide a programmable emergency trip. 제36항에 있어서, The method of claim 36, 상기 프로그램가능한 비상 정지는 부하 전류 임계값을 포함하는, 반도체 전원 제어 장치. And said programmable emergency stop comprises a load current threshold.
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